大型船舶航向智能控制的研究

发布时间：2017-09-19 05:49

  本文关键词：大型船舶航向智能控制的研究

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【摘要】：本文针对大型船舶自动舵系统设计了几种航向控制器,并由此展开对船舶运动数学模型、自抗扰控制技术和小脑模型神经网络的研究。本文完成的工作也由这三个部分组成。 (1)研究了船舶建模MMG理论。本文以XIN SHANGHAI号大型集装箱船作为研究对象,分析作用于船体、螺旋桨、舵上的各种流体动力和力矩,根据MMG理论建立它们的数学模型。然后简单介绍了船舶在海面上航行时受到风、流等干扰力的计算方式。为验证船舶模型的合理性和可用性,本文根据实船数据在Matlab中进行Z形操纵试验和船舶旋回仿真测试,为下文控制器的设计和仿真做好准备。 (2)讨论了自抗扰控制技术(ADRC)在大型船舶航向控制中的应用。针对经典控制理论中的PID控制在其应用广泛的同时也存在不足,自抗扰控制理论提出了加入扰动估计和动态补偿这两个作为核心功能的改进方法。本文根据系统状态误差的不同组合方式设计两种自抗扰控制器,将其用于前面建立的船舶模型,并在三种扰动环境下进行仿真,验证它们对航向的控制效果。 (3)本文引入了小脑模型关节控制器(CMAC)理论,研究ADRC和CMAC的复合智能控制。本部分从介绍人工神经网络学习原理开始,逐步过渡到对CMAC神经网络的阐述。CMAC是局部逼近神经网络,它的学习速度快,泛化能力强,结构简单,更适合在实时控制领域中应用。本文采用前馈与反馈结合的复合控制模式,将CMAC与ADRC相结合进行在线学习,实现被控对象的逆动态模型。从仿真结果可以看出,相比于单独应用的ADRC,复合控制可以有效地减小系统稳态误差,使航向控制更为精确。
【关键词】：大型船舶 航向控制 ADRC CMAC智能控制
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.82
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 引言10-11
• 1.2 大型船舶航向控制器发展综述11-12
• 1.3 自抗扰控制技术和神经网络理论发展历史和研究现状12-14
• 1.4 本论文结构和主要内容14-15
• 第2章 大型集装箱船舶运动数学模型15-30
• 2.1 概述15-16
• 2.2 船舶运动MMG模型16-23
• 2.2.1 船舶运动的坐标系统16-17
• 2.2.2 MMG模型的形式和各个力及力矩的构成17-18
• 2.2.3 作用于船体上的流体动力和力矩18-20
• 2.2.4 螺旋桨上的流体动力和力矩20-22
• 2.2.5 作用于舵上的流体动力和力矩22-23
• 2.3 船舶干扰力及力矩模型23-25
• 2.3.1 风的干扰力数学模型23-25
• 2.3.2 流的干扰力数学模型25
• 2.4 船舶模型旋回试验和Z形操纵试验25-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 自抗扰航向控制器30-45
• 3.1 概述30-31
• 3.2 自抗扰控制算法介绍31-38
• 3.2.1 跟踪微分器31-33
• 3.2.2 扩张状态观测器33-36
• 3.2.3 扰动估计补偿36-37
• 3.2.4 非线性状态误差反馈37-38
• 3.3 自抗扰理论在航向控制器中的实现38-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第4章 CMAC与自抗扰复合控制算法研究45-58
• 4.1 人工神经网络和CMAC算法介绍45-52
• 4.1.1 人工神经元模型45-47
• 4.1.2 LMS算法47-48
• 4.1.3 CMAC神经网络结构和算法48-52
• 4.2 CMAC与ADRC复合控制器52-54
• 4.3 CMAC-ADRC控制仿真与分析54-56
• 4.4 本章小结56-58
• 第5章 结论与展望58-60
• 5.1 结论58-59
• 5.2 展望与不足之处59-60
• 参考文献60-63
• 致谢63

【参考文献】

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中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 雷正玲;船舶动力定位系统的自抗扰控制研究[D];大连海事大学;2014年

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本文编号：879863